Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 3

Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 3 Trong phần hai của loạt bài này chúng ta đã thảo luận về mô hình tham chiếu Open System Interconnect (OSI) và hai lớp đầu tiên của nó. Phần ba này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về lớp thứ ba; lớp mạng. Lớp mạng là lớp có liên quan đến việc truyền tải dữ liệu từ máy tính này sang máy tính khác. Đây chính là sự khác biệt với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) vì lớp 2 chỉ liên quan đến việc truyền tải dữ liệu từ một thiết bị này sang một thiết bị được kết nối trực tiếp khác. Ví dụ, lớp liên kết dữ liệu chịu tránh nhiệm cho việc truyền tải dữ liệu từ một máy tính đến một hub mà nó kết nối tới, trong khi đó lớp mạng lại liên quan đến việc truyền tải tất cả dữ liệu đó đến máy tính khác. Lớp mạng chuyển dữ liệu từ một đầu cuối này đến một đầu cuối khác bằng cách thực hiện các nhiệm vụ dưới đây:  Địa chỉ hóa  Định tuyến  Đóng gói  Chia đoạn  Quản lý lỗi  Điều khiển tắc nghẽn Địa chỉ hóa Nếu bạn là những người đã đọc các phần trước của loạt bài này thì có thể sẽ tò mò muốn tìm hiểu tại sao lớp 3 lại thi hành địa chỉ hóa khi chúng tôi đã nói rằng nó diễn ra trong lớp 2. Để giải đáp cho sự tò mò này, bạn hãy nhớ chúng tôi đã viết rằng, địa chỉ hóa của lớp 2 (địa chỉ MAC) tương ứng với điểm truy cập mạng cụ thể, trái với việc địa chỉ hóa cho toàn bộ thiết bị như một máy tính. Một số thứ cần xem xét ở đây là lớp 3 chỉ địa chỉ hóa logic độc lập hoàn toàn với phần cứng; còn địa chỉ MAC được kết hợp với phần cứng cụ thể và các nhà máy sản xuất phần cứng. Một ví dụ về việc định địa chỉ của lớp 3 là địa chỉ IP. Dưới đây là minh chứng về địa chỉ IP trong hình 1. Hình 1: Minh chứng về địa chỉ IP Định tuyến Đây là công việc của lớp mạng nhằm chuyển dữ liệu từ một điểm này tới được đích của nó. Để thực hiện công việc này, lớp mạng phải lập kế hoạch cho một tuyến để dữ liệu truyền tải trên đó. Sự kết hợp của phần cứng và phần mềm để thực hiện nhiệm vụ này được biết đến với tên gọi bộ đinh tuyến. Khi bộ định tuyến nhận một gói dữ liệu từ một nguồn, nó cần xác định địa chỉ đích và thực hiện công việc này bằng cách remove các header đã được thêm vào trước đó bởi lớp liên kết dữ liệu và đọc địa chỉ từ một vị trí đã được xác định trước bên trong các gói như đã được định nghĩa theo chuẩn (cho ví dụ chuẩn IP). Khi địa chỉ đích đã được xác định, router sẽ kiểm tra xem địa chỉ có nằm trong mạng mà nó quản lý hay không. Nếu địa chỉ này nằm bên trong mạng của chính nó quản lý thì router sẽ gửi gói này xuống lớp liên kết dữ liệu, lớp này sẽ thêm phần header như chúng tôi đã giới thiệu trong phần trước và sẽ gửi gói này đến đích của nó. Nếu địa chỉ không nằm bên trong mạng của nó thì router sẽ tra cứu địa chỉ trong bảng định tuyến. Nếu địa chỉ có bên trong bảng định tuyến này thì router sẽ đọc mạng đích tương ứng từ bảng và gửi gói dữ liệu này xuống lớp liên kết dữ liệu và đến mạng đích đó. Nếu địa chỉ này không có trong bảng định tuyến thì gói dữ liệu sẽ được gửi cho phần quản lý lỗi. Đây là lỗi có thể thấy trong truyền dẫn trên các mạng, và là một ví dụ tuyệt vời về tại sao việc kiểm tra lỗi và quản lý lỗi cần thiết đến vậy. Đóng gói Khi router gửi một gói dữ liệu xuống lớp liên kết dữ liệu, lớp sẽ thêm các header trước khi truyền tải gói dữ liệu đến điểm tiếp theo, đây là một ví dụ về việc đóng gói cho lớp liên kết dữ liệu. Giống như lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng cũng có trách nhiệm đóng gói dữ liệu mà nó nhận được từ lớp trên nó. Trong trường hợp này, nó sẽ nhận dữ liệu từ lớp 4, lớp truyền tải. Thực sự mỗi lớp đều có trách nhiệm đóng gói dữ liệu mà nó nhận được từ lớp bên trên. Thậm chí cả lớp cuối cùng, lớp ứng dụng, vì lớp ứng dụng cũng đóng gói dữ liệu mà nó nhận được từ người dùng. Chia đoạn Khi lớp mạng gửi dữ liệu xuống lớp liên kết dữ liệu có thể xảy ra một số vấn đề. Những vấn đề có thể xảy ra ở đây là, phụ thuộc vào kiểu dữ liệu của công nghệ lớp liên kết dữ liệu đang được sử dụng mà dữ liệu có thể quá lớn. Điều này yêu cầu lớp mạng phải có khả năng phân chia dữ liệu này ra thành các gói nhỏ hơn. Quá trình này được biết đến với tên gọi chia đoạn. Quản lý lỗi Quản lý lỗi là một khía cạnh quan trọng của lớp mạng. Như chúng tôi đã đề cập ở trên, một lỗi có thể xuất hiện khi các router không tìm thấy địa chỉ đích trong bảng định tuyến của chúng. Trong trường hợp đó, router cần phải tạo một lỗi thông báo không có đích đến. Một lỗi khác cũng có thể xuất hiện ở đây là giá trị TTL (thời gian tồn tại) của gói. Nếu lớp mạng quyết định rằng TTL đã đạt đến một giá trị zero thì một lỗi quá hạn thời gian sẽ được tạo. Cả hai thông báo lỗi không có đích đến và lỗi vượt quá thời gian đều tuân theo các chuẩn cụ thể đã được định nghĩa trong Internet Control Message Protocol (ICMP). Việc chia đoạn cũng có thể gây ra lỗi. Nếu quá trình chia đoạn diễn ra quá dài thì thiết bị có thể đưa ra một lỗi quá thời gian theo ICMP. Điều khiển tắc nghẽn Một trách nhiệm nữa của lớp mạng đó là điều khiển tắc nghẽn. Có thể bạn đã biết, bất cứ thiết bị mạng nào cũng đều có một giới hạn trên đối với số lượng thông lượng mà thiết bị có thể quản lý. Giới hạn trên này luôn tăng dần dần nhưng đôi khi có một số lần có quá nhiều dữ liệu được gửi đến thiết bị. Điều này đặt ra cần biện pháp điều khiển tắc nghẽn. Có nhiều lý thuyết về cách thực hiện tốt nhất vấn đề điều khiển tắc nghẽn, hầu hết trong số các phương pháp đều khá phức tạp và vượt xa phạm vi của bài này chính vì vậy chúng tôi sẽ không đề cập ở đây. Ý tưởng cơ bản trong tất cả các phương pháp này là bạn muốn làm cho người gửi dữ liệu ganh đua đối với các thông báo của họ để nó là những thông báo sẽ được chấp nhận trong thông lượng. Thiết bị điều khiển tắc nghẽn muốn thực hiện điều này theo cách hạ thấp số lượng toàn bộ dữ liệu mà nó đang nhận. Điều này có thể được thực hiện bằng cách 'punishing' người gửi, hành động này có thể làm giảm hành động gửi dữ liệu của họ để tránh hiện tượng tắc nghẽn. Trong phần tiếp theo của loạt bài này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về lớp 4 của mô hình tham chiếu OSI; lớp truyền tải.